专利名称：车载电源机柜的两级智能控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及自动化控制技术，尤其涉及车载通信设备中电源机柜的两级智能控制系统及其实现方法。
背景技术：
当前，安装了通信设备的车辆上设置的独立电子设备较多，各设备按照型号标准化要求都提供了交流220V(50HZ)和直流24V电源接口，由系统配电车为其提供220V(50HZ)交流电。为了进一步提高车辆内各设备的工作稳定性和可靠性，同时满足车辆配置灵活、机动性强的需求，需要配备二次电源进行集中统一供电。长期以来，车辆电源设备由于受元器件水平的影响，体积庞大、质量不高、可靠性较差，而现代车载通信设备，不仅仅是要求供电性能稳定、可靠性高，而且还要求负载适应能力强、交直流供电转换时间短、电磁兼容性好、维修方便，并且控制系统作为整个电源系统的控制和协调中枢，其智能程度、稳定性、可靠性的好坏将直接决定着整个电源系统的性能好坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种供电稳定、可靠性高、负载适应能力强、响应速度快、控制精度高的车载电源机柜两级智能控制系统及实现方法。为了解决上述技术问题，本发明控制系统方案如下
一种车载电源机柜两级智能控制系统，包括主控单元的控制组合、与主控单元总线通信的从属单元、供电的交流电与蓄电池组、操作面板和显示器，所述的控制组合包括主控制器，与主控制器连接的按键，与主控制器控制连接的交流检测模块、温度检测模块、状态显示模块、温度显示模块、固态控制模块和通信接口转换模块，所述的从属单元包括可独立工作的直供组合、逆变组合和充电组合。基于本控制系统的设计，控制组合可实现状态的检测显示及操作、温度的测量和输出的控制，控制组合收集汇拢直供组合、逆变组合和充电组合的状态信息，并将相关信息再转发给相关的组合。本控制系统充电组合、逆变组合和充电组合可独立工作直供组合负责采集直流变换部分相关状态信息，并结合控制组合下发的相关状态信息控制直流输出；逆变组合负责采集交流输出及逆变部分相关状态信息，并结合控制组合下发的相关状态信息控制交流输出；充电组合负责采集蓄电池及其充电电路的相关状态信息，并结合控制组合下发的相关状态信息对蓄电池进行智能管理。综上，本车载电源机柜控制系统采用两级智能控制方式，克服了传统电源设备单级控制方式存在的智能化程度低、响应速度慢、控制精度差等缺陷，并具有供电稳定、可靠性高、负载适应能力强等优势。进一步，所述的直供组合包括直供控制器，与直供控制器连接的直流输出检测模块、PFC电路检测模块、DC/DC电路检测模块、直流输出固态开关控制模块、PFC电路模块和DC/DC电路模块，直供控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。
进一步，所述的逆变组合包括逆变控制器，与逆变控制器控制连接的交流输出检测模块、升压电路检测模块、逆变电路检测模块、交流输出固态开关控制模块、升压电路模块和逆变电路模块，逆变控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。进一步，所术的充电组合包括充电控制器，与充电控制器控制连接的电池状态检测模块、PFC电路检测模块、充电电路检测模块、充电固态开关控制模块、PFC电路模块和充电电路模块，充电控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。本发明车载电源机柜两级智能控制系统实现方法如下
(1)启动主控单元控制组合的主控制器，并初始化；
(2)启动充电组合,充电组合向控制组合主控制器发送信息；
(3)检测是否收到充电组合发出的信息，若未收到，则继续等待；
(4)若收到，判断电源是否反接，若反接，则显示报警；
(5)若未反接，启动状态检测模块；
(6)启动温度检测模块；
(7)启动输出控制模块；
(8)判断是否到定时时间，若定时时间到，则启动中断，与直供组合、逆变组合或充电组合进行数据交换及查询，数据交换查询后进行显示及报警等处理，并返回到状态检测模块前进行下一次循环；
(9)若定时时间未到，则直接进行显示及报警等处理操作，并返回到状态检测模块前进行下一次循环。进一步，实现步骤(5)状态检测的步骤如下
(1)启动AD转换；
(2)判断AD转换是否完成，若未完成，则继续等待；若已完成，则转入下一步；
(3)检查AD转换结果是否超限，若超限，则本次转换结果无效，直接结束，若未超限，则转入下一步；
(4)对转换得到的数据进行滤波处理；
(5)判断该数据是否小于欠压设定值，若是，则置交流欠压标志，结束程序，若不是，则转入下一步；
(6)判断该数据是否大于过压设定值，若不是，则直接结束，若是则置交流过压标志，结束程序。进一步，实现步骤(7)输出控制的步骤如下
(1)判断交流输入是否正常；
(2)若交流输入正常，则控制交流输入固态开关导通，复位市电正常标志，跳到步骤
(5)；
(3)若交流输入不正常，则控制交流输入固态开关断开，并判断电池是否欠压；
(4)若电池欠压，则直接关闭辅助电源并结束；若电池正常，跳到步骤(5)；
(5)判断开机延时时间是否到，若未到，则关闭辅助电源，若到了，则启动控制系统辅助电源；
(6)判断温度是否大于45°C，若是，则启动散热风扇并结束；若不是，则关闭散热风扇并结束。
进一步，实现步骤(8)中断查询的步骤如下
(1)进入中断程序，接收第一个数据；
(2)判断该数据是否与地址相符；
(3)若相符，则获取功能代码；
(4)判断是接收直供组合、逆变组合或充电组合数据,还是向直供组合、逆变组合或充电组合发送数据；
(5 )若是发送数据，则发送地址、功能码和数据，直供组合、逆变组合或充电组合接收到信号后应答，应答信号显示直供组合、逆变组合或充电组合正确接收，则结束中断，若不正确，则进入出错处理程序；
(6)若是接收数据，则发出应答信号，并进行相关信息的处理，结束中断程序。
图1是本发明车载电源机柜两级智能控制系统结构框 图2是本发明车载电源机柜两级智能控制系统控制组合结构框 图3是本发明车载电源机柜两级智能控制系统直供组合结构框 图4是本发明车载电源机柜两级智能控制系统逆变组合结构框 图5是本发明车载电源机柜两级智能控制系统充电组合结构框 图6是本发明车载电源机柜两级智能控制系统实现方法的系统主程序流程 图7是本发明车载电源机柜两级智能控制系统实现方法的状态检测子程序流程 图8是本发明车载电源机柜两级智能控制系统实现方法的输出控制子程序流程 图9是本发明车载电源机柜两级智能控制系统实现方法的系统中断子程序流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
如图1所示的车载电源机柜两级智能控制系统，包括主控单元的控制组合、与主控单元总线通信的从属单元、供电的交流电与蓄电池组、操作面板和显示器，从属单元包括可独立工作的直供组合、逆变组合和充电组合。本控制系统包括了四个组合、显示器及操作面板。控制组合为主控单元，其余三个组合为从属单元，负责相应组合的信息收集、传递及控制。如图2所示的控制组合，该控制组合包括主控制器，与主控制器连接的按键，与主控制器控制连接的交流检测模块、温度检测模块、状态显示模块、温度显示模块、固态控制模块和通信接口转换模块。本实施例中主控制器采用单片机，通信采用RS485串行总线数据通信，通信接口转换模块完成单片机串口信号到RS485信号的转换。主控制器单片机主要完成如下功能交流输入状态检测以及交流输入固态继电器控制，控制面板按键扫描，散热风扇检测和控制，作为主控单片机通过RS485总线轮询各组合状态并将相关信息传递到各组合，交直流输入、输出状态显示，电源机柜内部工作温度检测及正常工作时温度显示(有故障时显示故障代码)等。图3所示为本控制系统直供组合结构框图，直供组合包括直供控制器，与直供控制器连接的直流输出检测模块、PFC电路检测模块、DC/DC电路检测模块、直流输出固态开关控制模块、PFC电路模块和DC/DC电路模块，直供控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。本实施例直供组合直供控制器芯片为TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812，主要完成的功能包括=PFC电路控制及保护，DC/DC电路控制及保护，直流输出电压、电流取样及保护控制，通过通信接口转换模块接入RS485串行总线与主控单片机进行信息交换等。本组合利用TI公司2000系列DSP的数据运算及管理能力，直接进行PFC和DC/DC变换电路的检测与控制，省却了传统的PFC和PWM控制芯片。图4所示为本控制系统逆变组合结构框图，该逆变组合包括逆变控制器，与逆变控制器连接的交流输出检测模块、升压电路检测模块、逆变电路检测模块、交流输出固态开关控制模块、升压电路模块和逆变电路模块，逆变控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。本实施例逆变组合逆变控制器芯片为TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812，主要完成的功能包括升压电路控制及保护，逆变电路控制及保护，交流输出电压、电流取样及保护控制，通过通信接口转换模块接入RS485串行总线与主控单片机进行信息交换等。本组合利用TI公司2000系列DSP的数据运算及管理能力，直接进行升压和逆变变换电路的检测与控制，省却了传统的PWM和SPWM控制芯片。图5所示为本控制系统充电组合结构框图，所述充电组合包括充电控制器，与充电控制器连接的电池状态检测模块、PFC电路检测模块、充电电路检测模块、充电固态开关控制模块、PFC电路模块和充电电路模块，充电控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。本实施例充电控制器芯片为TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812主要完成的功能如下PFC电路控制及保护，DC/DC充电电路控制及保护，蓄电池电压、电流取样及保护控制，通过通信接口转换模块接入RS485串行总线与主控单片机进行信息交换等。本组合利用TI公司2000系列DSP的数据运算及管理能力，直接进行PFC和DC/DC充电变换电路的检测与控制，省却了传统的PFC和PWM控制芯片。本实施例根据对控制组合功能需求的分析，控制组合软件由主程序、状态检测子程序、输出控制子程序、状态显示子程序、测温子程序和RS485通信子程序等组成。如图6所示，为车载电源机柜两级智能控制系统实现方法的系统主程序流程图，该方法包括以下步骤
(1)启动主控单元控制组合的主控制器，并初始化；
(2)启动充电组合,充电组合向控制组合主控制器发送信息；
(3)检测是否收到充电组合发出的信息，若未收到，则继续等待；
(4)若收到，判断电源是否反接，若反接，则显示报警；
(5)若未反接，启动状态检测模块；
(6)启动温度检测模块；
(7)启动输出控制模块；
(8)判断是否到定时时间，若定时时间到，则启动中断，与直供组合、逆变组合或充电组合进行数据交换及查询，数据交换查询后进行显示及报警等处理，并返回到状态检测模块前进行下一次循环；
(9)若定时时间未到，则直接进行显示及报警等处理操作，并返回到状态检测模块前进行下一次循环。如图7所示为上述方法中实现步骤(5)状态检测的流程图，内容如下 (1)启动AD转换；
(2)判断AD转换是否完成，若未完成，则继续等待；若已完成，则转入下一步；
(3)检查AD转换结果是否超限，若超限，则本次转换结果无效，直接结束，若未超限，则转入下一步；
(4)对转换得到的数据进行滤波处理；
(5)判断该数据是否小于欠压设定值，若是，则置交流欠压标志，结束程序，若不是，则转入下一步；
(6)判断该数据是否大于过压设定值，若不是，则直接结束，若是则置交流过压标志，结束程序。如图8所示为上述方法中实现步骤(7)输出控制的流程图，内容如下
(1)判断交流输入是否正常；
(2)若交流输入正常，则控制交流输入固态开关导通，复位市电正常标志，跳到步骤
(5)；
(3)若交流输入不正常，则控制交流输入固态开关断开，并判断电池是否欠压；
(4)若电池欠压，则直接关闭辅助电源并结束；若电池正常，跳到步骤(5)；
(5)判断开机延时时间是否到，若未到，则关闭辅助电源，若到了，则启动控制系统辅助电源；
(6);判断温度是否大于45°C，若是，则启动散热风扇并结束；若不是，则关闭散热风扇并结束。如图9所示为上述方法中实现步骤(8)中断查询的流程图，内容如下
(1)进入中断程序，接收第一个数据；
(2)判断该数据是否与地址相符；
(3)若相符，则获取功能代码；
(4)判断是接收直供组合、逆变组合或充电组合数据,还是向直供组合、逆变组合或充电组合发送数据；
(5 )若是发送数据，则发送地址、功能码和数据，直供组合、逆变组合或充电组合接收到信号后应答，应答信号显示直供组合、逆变组合或充电组合正确接收，则结束中断，若不正确，则进入出错处理程序；
(6)若是接收数据，则发出应答信号，并进行相关信息的处理，结束中断程序。本发明车载电源机柜的两级智能控制系统，控制组合主要收集汇拢各组合状态信息，再将相关信息转发给相关的组合，并通过控制面板实现状态显示及操作；直供组合负责采集直流变换部分相关状态信息，并结合控制组合下发的相关状态信息控制直流输出；逆变组合负责采集交流输出及逆变部分相关状态信息，并结合控制控制组合下发的相关状态信息控制交流输出；充电组合控制系统负责采集蓄电池及其充电电路的相关状态信息，并结合控制组合下发的相关状态信息对蓄电池进行智能管理。本发明的控制系统克服了传统电源设备单级控制方式存在的智能化程度低、响应速度慢、控制精度差等缺陷。
权利要求
1.一种车载电源机柜两级智能控制系统，其特征在于，包括主控单元的控制组合、与主控单元总线通讯的从属单元、供电的交流电与蓄电池组、操作面板和显示器，所述的控制组合包括主控制器，与主控制器连接的按键，与主控制器连接的交流检测模块、温度检测模块、状态显示模块、温度显示模块、固态控制模块和通信接口转换模块，所述的从属单元包括可独立工作的直供组合、逆变组合和充电组合。
2.根据权利要求1所述的车载电源机柜两级智能控制系统，其特征在于，所述的直供组合包括直供控制器，与直供控制器连接的直流输出检测模块、PFC电路检测模块、DC/DC电路检测模块、直流输出固态开关控制模块、PFC电路模块和DC/DC电路模块，直供控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。
3.根据权利要求1所述的车载电源机柜两级智能控制系统，其特征在于，所述的逆变组合包括逆变控制器，与逆变控制器连接的交流输出检测模块、升压电路检测模块、逆变电路检测模块、交流输出固态开关控制模块、升压电路模块和逆变电路模块，逆变控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。
4.根据权利要求1所述的车载电源机柜两级智能控制系统，其特征在于，充电组合包括充电控制器，与充电控制器连接的电池状态检测模块、PFC电路检测模块、充电电路检测模块、充电固态开关控制模块、PFC电路模块和充电电路模块，充电控制器通过通信接口转换模块与主控制器通信。
5.车载电源机柜两级智能控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)启动主控单元控制组合的主控制器，并初始化； (2)启动充电组合,充电组合向控制组合主控制器发送信息； (3)检测是否收到充电组合发出的信息，若未收到，则继续等待； (4)若收到，判断蓄电池是否反接，若反接，则显示报警； (5)若未反接，启动状态检测模块； (6)启动温度检测模块； (7)启动输出控制模块； (8)判断是否到定时时间，若定时时间到，则启动中断，与直供组合、逆变组合或充电组合进行数据交换及查询，数据交换查询后进行显示及报警等处理，并返回到状态检测模块前进行下一次循环； (9)若定时时间未到，则直接进行显示及报警等处理操作，并返回到状态检测模块前进行下一次循环。
6.根据权利要求5所述的车载电 源机柜两级智能控制系统的实现方法，其特征在于，实现步骤(5)状态检测的步骤如下: (1)启动AD转换； (2)判断AD转换是否完成，若未完成，则继续等待；若已完成，则转入下一步； (3)检查AD转换结果是否超限，若超限，则本次转换结果无效，直接结束，若未超限，则转入下一步； (4)对转换得到的数据进行滤波处理； (5)判断该数据是否小于欠压设定值，若是，则置交流欠压标志，结束程序，若不是，则转入下一步；(6)判断该数据是否大于过压设定值，若不是，则直接结束，若是则置交流过压标志，结束程序。
7.根据权利要求5所述的车载电源机柜两级智能控制系统的实现方法，其特征在于，实现步骤(7)输出控制的步骤如下: (1)判断交流输入是否正常； (2)若交流输入正常，则控制交流输入固态开关导通，复位市电正常标志，跳到步骤(5)； (3)若交流输入不正常，则控制交流输入固态开关断开，并判断电池是否欠压； (4)若电池欠压，则直接关闭辅助电源并结束；若电池正常，跳到步骤(5)； (5)判断开机延时时间是否到，若未到，则关闭辅助电源，若到了，则启动控制系统辅助电源； (6)判断温度是否大于45°C，若是，则启动散热风扇并结束；若不是，则关闭散热风扇并结束。
8.根据权利要求5所述的车载电源机柜两级智能控制系统的实现方法，其特征在于，实现步骤(8)中断查询的步骤如下: (1)进入中断程序，接收第一个数据； (2)判断该数据是否与地址相符； (3)若相符，则获 取功能代码； (4)判断是接收直供组合、逆变组合或充电组合数据,还是向直供组合、逆变组合或充电组合发送数据； (5 )若是发送数据，则发送地址、功能码和数据，直供组合、逆变组合或充电组合接收到信号后应答，应答信号显示直供组合、逆变组合或充电组合正确接收，则结束中断，若不正确，则进入出错处理程序； (6)若是接收数据，则发出应答信号，并进行相关信息的处理，结束中断程序。
全文摘要
本发明涉及车载通信设备中电源机柜的两级智能控制系统及其实现方法，控制系统包括控制组合、为系统供电的交流电与蓄电池组、控制面板及直供组合、逆变组合和充电组合。控制组合为主控单元，负责收集和转发各组合信息，并通过控制面板实现状态显示及操作。各组合自主控制、独立工作。控制组合包括主控制器，与主控制器连接的按键、交流检测模块、温度检测模块、状态显示模块、温度显示模块、固态控制模块和通信接口转换模块。本系统的方法主要针对控制组合主程序、输出控制子程序、状态检测子程序和串行通信子程序等进行编程实现。本发明克服了传统电源设备单级控制方式存在的智能化程度低、响应速度慢、控制精度差等缺陷。
文档编号B60R16/03GK103072533SQ20131003267
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者景有泉, 刘扬, 龚伟, 曹均灿, 钱希森 申请人:中国人民解放军重庆通信学院